29 luglio 2014

RoboCup Junior 2014: l'ITIS Monaco campione del mondo

(@RoboCup2014)
La RoboCup è una competizione internazionale di robot, un vero e proprio mondiale. La lega principale, la RoboCup Soccer, vede schierarsi in ogni partita due squadre di calcio interamente costituite da robot. L'idea è quella di sviluppare e promuovere la ricerca nel campo delle intelligenze artificiali. La competizione, però, non è aperta solo al mondo accademico, ma anche a quello scolastico con tre leghe anche per la RoboCup Junior: Soccer Challenge, Dance Challenge, Rescue Challenge. Se la prima è la classica sfida al calcio, le altre due vedono le squadre sfidarsi rispettivamente in prove di danza e di identificazione delle vittime in un disastro. In particolare nell'edizione 2014, che si è tenuta in Brasile (guarda un po' il caso!) l'ITIS Monaco di Cosenza, già vincitore dell'edizione italiana della RoboCup Junior 2014, si è laureato campione del mondo per la categoria Dance. La premiazione si è tenuta a Joao Pessoa il 25 luglio 2014, giorno di chiusura della RoboCup 2014.
L'Italia scolastica, ad ogni modo, è stata degnamente rappresentata anche da altre scuole: hanno infatti vinto riconoscimenti e titoli l'IIS Manetti di Grosseto, campione del mondo nella categoria Superteam e per lo spirito di RoboCup (news); l'ITIS Chilesotti ottiene, invece, il secondo posto nel Superteam Rescue (news); infine il Democrito di Roma ottiene, per il CoSpace Dance, sia il Best virtual and real robots communication award, sia il Technical award per il dance superteam.
Ottimi risultati, quindi, per la scuola italiana e, in particolare, anche per quella della nostra regione, grazie all'ITIS Monaco di Cosenza!
Poiché la logica utilizzata per la programmazione dei robot che partecipano alla RoboCup è soprattutto di tipo fuzzy, vale la pena approfondire la questione:
Le origini della logica fuzzy si fondano sul lavoro del logico e matematico polacco Jan Lukasiewicz(1), al quale la logica classica, basata su soli due stati di decisione, non sembrava sufficiente per esprimete la gamma di risposte che potevano presentarsi. La partenza è semplice: una affermazione può essere vera, falsa (come per i logici classici), ma anche possibile. Questo ha spinto Lukasiewicz a impostare dei valori di verità per gli enunciati di tipo numerico: si avrà quindi 1 per le affermazioni vere, 1/2 per quelle possibili, 0 per quelle false.
All'interno di questa logica vengono a cadere i principi del terzo escluso e di non contraddizione. Vediamo il primo:
In questo caso il connettivo logico o è reinterpretato come l'operazione che prende il maggiore dei valori di verità, mentre la negazione viene interpretata come 1-p, dove p = 1, 1/2, 0. Questo vuol dire che il terzo escluso, una tautologia nella logica classica, fornirà valore 1 nel caso in cui p = 1, 0; fornirà 1/2 nel caso in cui p = 1/2: cade così la proprietà del terzo escluso di essere una tautologia.
Qualcosa di simile avviene anche per il principio di non contraddizione:
dove il connettivo logico e deve essere interpretato come l'operazione che restituisce il valore di verità più piccolo nella coppia.
Incredibile risultato nella logoca di Lukasiewicz è l'immediata dimostrazione della doppia negazione:
Il passo successivo è la costruzione di logiche a più di tre valori, costruzione sempre possibile in cui l'unico intervento esterno è decidere il significato di ciascun valore intermedio tra 0 (completamente falso) e 1 (completamente vero). A questo punto il passo verso la logica fuzzy è breve e venne compiuto da Lofti Zadeh(2) su tutti, che produce una logica sfumata dove viene indicata non tanto la verità assoluta di una affermazione, ma il suo grado, la sua percentuale di verità.
Questo modo di ragionare trova varie applicazioni: ad esempio nella realizzazione di una moderna tastiera elettronica. Prima della logica fuzzy, come tutti i dispositivi elettronici, i tasti della tastiera funzionavano solo ed esclusivamente attraverso interruttori di tipo 1/0. Ora con la logica fuzzy si possono utilizzare dei tasti in grado di funzionare attraverso interruttori più complessi che sono in grado di interpretare gradi di verità differenti, rendendo in pratica il suono di una tastiera elettronica molto più ricco.
Altra applicazione interessante è quella del sistema di controllo della metropolitana di Sendai, dove, nella metà degli anni Ottanta del XX secolo, vennero introdotti freni che funzionavano con la logica fuzzy.
La logica fuzzy, poi, trova applicazione anche nella realizzazione di motori di ricerca più raffinati (come ad esempio Wolfram Alpha) e nello sviluppo delle reti neurali, ovvero quel sistema complesso che dovrebbe rendere le macchine in grado di prendere decisioni autonome, avvicinandosi così al sogno di Turing di creare un'intelligenza artificiale indistinguibile da quella umana.
(1) Łukasiewicz, Jan. "On three-valued logic." The Polish Review (1968): 43-44 (jstor)
(2) Zadeh, L. (1965). Fuzzy sets Information and Control, 8 (3), 338-353 DOI: 10.1016/S0019-9958(65)90241-X
Buona parte delle informazioni sulla logica fuzzy sono tratte da La logica a fumetti di Dan Cryan, Sharron Shatil, Bill Mayblin.

Articolo uscito sulla Gazzetta del Sud (domenica 27 luglio 2014):

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